具有电绝缘结构的微机电系统装置及其制造方法

专利名称：具有电绝缘结构的微机电系统装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有电绝缘结构的微机电系统装置及其制造方法，特别是一种具有多路电通路电气互联(multi-path electrical interconnection)的微机电装置。
背景技术：
近年来，微机电系统(MEMS)感测装置已广泛应用于消费性电子产品。例如，MEMS 动作感测元件应用于手机，以及MEMS陀螺仪应用于互动游戏。因此，MEMS感测装置需具备例如小尺寸或低制造成本的优势竞争力，以进入消费性电子产品的市场。苹果公司在2010年产品发表会中，正式宣布iPhone 4G手机内置了 3轴的MEMS陀螺仪(“MEMS-Gyro”)，而让手机具备了更真实的互动游戏功能。这一趋势代表着MEMS-Gyro 市场将进入高速发展期。因此，在高速发展的MEMS-Gyro市场中，高灵敏度及低成本将成为关键的竞争优势。图IA为传统陀螺仪简化示意图的俯视图，图IB为沿图IA中的线1_1截取的截面图。陀螺仪10包括基板16、质量块11、多个第一弹簧12、框架13、多个第二弹簧14以及多个支撑座15。多个第一弹簧12与质量块11及框架13连接。框架13围绕多个第一弹簧 12及质量块11。多个第二弹簧14与框架13及多个支撑座连接。多个支撑座固定在基板 16上。当陀螺仪10处于激活状态时，对框架13和质量块11分别施加电压，然后框架13 被驱动，以沿X轴方向周期性地振动，这样质量块11被驱动以沿X轴方向运动。因框架13 的振动而产生的电信号通过框架13的可移动梳状结构(未图示)和基板16上的固定梳状结构(未图示)被感测，并被传送给外部的ASIC芯片。然后框架13通过ASIC芯片的电路被再次驱动，并且所述框架13在预期的频率范围内稳定地振动。如果陀螺仪10感测沿Z轴的角速度，则质量块11将同时沿Y轴移动。由于质量块11的移动，质量块11上的可移动梳状结构(未图示)和基板16上的固定梳状结构(未图示)产生另一电信号。然后所述电信号将被传送给ASIC芯片，进而计算所述角速度。为有效地驱动所述框架，最好对框架13施加较高的电压。同时，为获得陀螺仪的较高的灵敏度，对质量块11施加较低的电压。然而，由于传统陀螺仪10的框架13与质量块11使用同一个电通路，如在图IA和IB中所示的电通路a和b，因此无法分别对框架13 施加较高的电压并且对质量块11施加较低的电压。美国专利(US6，239，473、US 6，433，401 以及 US 6，291，875)公开了一种通过使用沿垂直轴(Z轴)的绝缘层、沿垂直轴(Z轴)的隔离沟槽，以及悬挂结构的具有一个独立电通路或具有两个独立电通路的质量块。然而，所述悬挂结构通过蚀刻所述结构的下部以形成所述结构下方的空隙来形成。因此无法制成相对较大的悬臂或悬空块体，例如加速度计或陀螺仪的质量块。此外，由于形成所述隔离沟槽的工艺的限制，无法在图1中的陀螺仪 10的弹簧12和14上形成沿垂直轴(Z轴)的隔离沟槽。因此，质量块11和框架13的电信号将仍通过例如陀螺仪10的弹簧14的同一个电通路被传送。

发明内容
本发明的一个实施例公开了一种具有电绝缘结构的微机电系统装置。所述微机电系统装置包括至少一个移动件、至少一个支撑座、至少一个弹簧以及绝缘层。所述弹簧连接至所述支撑座和所述移动件。所述绝缘层设置在所述移动件和所述支撑座中，其中所述移动件和所述支撑座的每一个被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。本发明另一个实施例公开了一种具有电绝缘结构的微机电装置，所述微机电系统装置包括基板、至少一个移动件、至少一个支撑座、至少一个弹簧以及绝缘层。所述基板具有设置在所述基板的上表面上的多个金属粘合区。所述支撑座固定在所述基板上。所述绝缘层设置在所述移动件、所述支撑座以及所述弹簧中。所述移动件被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，所述支撑座被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。 所述弹簧被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，所述支撑座包括至少一个第一隔绝部分和至少一个导电通柱。所述支撑座的第二导电部分被第一隔绝部分分为外导电部分和内导电部分。所述导电通柱连接至所述至少一个支撑座的外导电部分和所述至少一个支撑座的第一导电部分。所述支撑座的外导电部分和所述支撑座的内导电部分分别固定在相互分隔的所述金属粘合区上。所述弹簧的第一导电部分连接至所述支撑座的第一导电部分。所述弹簧的第二导电部分连接至所述支撑座的内导电部分。本发明另一个实施例公开了一种具有电绝缘结构的微机电装置，所述微机电系统装置包括基板、至少一个第一移动件、至少一个第二移动件、至少一个支撑座、至少一个第一弹簧、至少一个第二弹簧以及绝缘层。所述基板包括设置在所述基板的上表面上的多个金属粘合区。所述绝缘层设置在所述第一移动件、所述第二移动件、所述支撑座、所述第一弹簧以及所述第二弹簧中。所述第一移动件被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。所述第二移动件被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。所述支撑座被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。所述第一弹簧被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。所述第二弹簧被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。所述第一弹簧的第一导电部分连接至所述第一移动件的第一导电部分和至少一个第二移动件的第一导电部分。所述第二弹簧的第一导电部分连接至所述第二移动件的第一导电部分和所述支撑座的第一导电部分。所述第一移动件包括至少一个导电通柱，所述至少一个导电通柱连接至所述第一移动件的第一导电部分和所述第一移动件的第二导电部分。所述支撑座包括至少一个第一隔绝部分和至少一个导电通柱。所述支撑座的第二导电部分被所述第一隔绝部分分为外导电部分和内导电部分。所述导电通柱连接至所述至少一个支撑座的外导电部分和所述至少一个支撑座的第一导电部分。所述至少一个支撑座的外导电部分和内导电部分分别固定在相互分隔的金属粘合区上。所述第二移动件具有至少一个第二隔绝部分。所述第二移动件的第二导电部分被所述第二隔绝部分分为外导电部分和内导电部分。所述第一弹簧的第二导电部分连接至所述第一移动件的第二导电部分和所述第二移动件的内导电部分。所述第二弹簧的第二导电部分连接至所述第二移动件的外导电部分和所述支撑座的内导电部分。本发明另一个实施例公开了一种制造微机电系统装置的方法。所述方法包括以下步骤。第一，提供绝缘衬底上硅晶片，其中所述绝缘衬底上硅晶片包括依序堆叠的组件层、 绝缘层以及处理层。然后，蚀刻所述组件层以形成凹部和至少一个环状凸部。然后，对所述环状凸部进行蚀刻以形成至少一个第一沟槽，并且对所述凹部进行蚀刻以形成第二沟槽， 其中所述第一沟槽和所述第二沟槽贯穿所述绝缘层。然后，将所述环状凸部与基板粘合。然后，将所述处理层去薄。然后，对所述处理层的与所述至少一个第一沟槽相对应的部分进行蚀刻以形成多个第一孔，并且对所述处理层的与所述凹部的中间区域相对应的部分进行蚀刻以形成至少一个第二孔，其中所述多个第一孔和所述至少一个第二孔贯穿所述绝缘层直至所述组件层。然后，给第一孔和第二孔填充导电材料。然后，蚀刻所述组件层、所述绝缘层以及所述处理层以形成至少一个第一移动件、至少一个第二移动件、至少一个支撑座、连接至所述第一移动件和所述第二移动件的至少一个第一弹簧，以及连接至所述第二移动件和所述支撑座的至少一个第二弹簧。所述第一移动件包括第二孔，并且所述支撑座包括所述第一沟槽和第一孔。为得到本发明的技术、方法以及效果的进一步理解，下面的详细描述和附图在此呈献，使得本发明的目的、特征以及方面可被完全地和形象地领会；然而，提供的附图完全用于参考和说明，而不意欲限制本发明。


图IA为传统陀螺仪的简化示意图的俯视图；图IB为沿图IA中的线1-1截取的截面图；图2A为本发明一个实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的俯视图；图2B为沿图2A中的线2-2截取的截面图；图3A至图3H为本发明实施例的整合装置的制造步骤的示意图；图4为本发明实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的截面图；图5为本发明实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的截面图；图6为本发明实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的截面图；图7为本发明实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的截面图；图8为本发明实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的截面图；图9为本发明实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的截面图；图IOA为本发明实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的俯视图；图IOB为沿图IOA中的线3_3截取的截面图；图IlA为本发明一个实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的俯视图；图IlB为沿图IlA中的线4-4截取的截面图；图12A为本发明一个实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的俯视图；以及图12B为沿图12A中的线5-5截取的截面图。附图标识10陀螺仪11质量块12、22、32、63 第一弹簧13 框架
14、24、；34 第二弹簧I5、25、25，、； 5 支撑座16、36、46 基板20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120 微机电系统装置21、31、61、61，、91、121、21a、21b 第一移动件23、23，、33、63、123、23、23a、23b 第二移动件26、36、46、56、126、26a、26b 基板28,128,28a,28b,38 导电粘合材料29、69、69，、99、129、29a、29b 感测元件37 凹部35、35，凸部211、231、221、241、251、911、1211、1231、1221、1241、1251、211a、231a、221a、241a、 251a、211b、231b、221b、221b、241b、251b 第一导电部分212、232、222、242、252、612、632、912、1212、1232、1222、1242、1252、212a、232a、 222a、242a、252a、212b、232b、222b、242b、252b 第二导电部分213、233、223、243、253、1213、1233、1223、1243、1253、213a、233a、223a、243a、 253a、213b、233b、223b、243b、253b 绝缘层214、255、314、335、357、614、657、1214、1255、214a、255a、214b、255b 导电通柱234,1234,234a,234b 第二隔绝部分254,254M254,254a,254b 第一隔绝部分261、361、461、561、1261、261a、2612b 金属粘合区315 第二孔3；34、6；34 第二沟槽336第三孔354 第一沟槽356 第一孔460、560 基板462电路区463金属柱464、564、565 导电线路565导电焊垫615、834、856 绝缘墙1235、216a、236a 开口2321、2521、3521、12321、12521、2321a、2521a、2321b、2521b 外导电部分2322、2522、3522、12322、12522、2322a、2522a、2322b、2522b 内导电部分
具体实施例方式图2A为本发明一个实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的俯视图，图2B为沿图2A 中的线2-2截取的截面图。MEMS装置20包括基板沈、第一移动件21、第二移动件23、至少一个第一弹簧22、至少一个第二弹簧M以及至少一个支撑座25和绝缘层(213、223、233、 对3、25；3)。基板沈是玻璃基板或硅基板。第一移动件21、第二移动件23、每一个第一弹簧 22、每一个第二弹簧M以及每一个支撑座25由绝缘衬底上硅晶片形成。绝缘层(213、223、233、对3、25；3)分别设置在第一移动件21中、至少一个第一弹簧 22中、第二移动件23中、至少一个第二弹簧M中以及至少一个支撑座25中。第一移动件 21由绝缘层213分为第一导电部分211和第二导电部分212。第二移动件23由绝缘层233 分为第一导电部分231和第二导电部分232。至少一个支撑座25由绝缘层253分为第一导电部分251和第二导电部分252。至少一个第一弹簧22由绝缘层223分为第一导电部分 221和第二导电部分222。至少一个第二弹簧M由绝缘层243分为第一导电部分241和第二导电部分M2。当至少一个第一弹簧22连接至第一移动件21和第二移动件23时，至少一个第一弹簧22的第一导电部分221连接至第一移动件21的第一导电部分211并且连接至第二移动件23的第一导电部分231，并且至少一个第一弹簧22的第二导电部分222连接至第一移动件21的第二导电部分212及第二移动件23的内导电部分2322。当至少一个第二弹簧M 连接至第二移动件23和至少一个支撑座25时，至少一个第二弹簧M的第一导电部分241 连接至第二移动件23的第一导电部分231及至少一个支撑座25的第一导电部分251。第二弹簧M的第二导电部分242连接至第二移动件23的外导电部分2321及至少一个支撑座25的内导电部分2522。至少一个支撑座25围绕第一移动移动件21和第二移动件23设置，且固定在基板沈上。至少一个支撑座25包括第一隔绝部分QM、2M，)及第一导电通柱255。第一隔绝部分(254、254’ )设置在至少一个支撑座25的第二导电部分252中，这样至少一个支撑座 25的第二导电部分252由第一隔绝部分(254、254’ )分为外导电部分2521和内导电部分 2522。所述内导电部分2522被定义为较接近第一移动件21的中心的导电部分。第一导电通柱255贯穿绝缘层253，并连接至至少一个支撑座25的外导电部分2521及至少一个支撑座25的第一导电部分251。第一隔绝部分2M和254’可以是条状沟槽或U形沟槽，或者第一隔绝部分2M和254’可以是填充了绝缘材料的条状沟槽或U形沟槽，以形成设置在外导电部分2521和内导电部分2522之间的绝缘墙(未图示)。第一移动件21包括至少一个连接至第一导电部分211和第二导电部分212的第二导电通柱214，也就是说，第二导电通柱214贯穿在第一导电部分211和第二导电部分 212中间的绝缘层213，而使得第一导电部分211与第二导电部分212电连接，因此第一导电部分211及第二导电部分212可起到例如陀螺仪或加速度的惯性传感器的质量块的作用。第二移动件23包括至少一个第二隔绝部分234。所述第二隔绝部分234设置在第二移动件23的第二导电部分232中，这样第二移动件23的第二导电部分232由第二隔绝部分 234分为外导电部分2321和内导电部分2322。所述内导电部分2322被定义为较接近第一移动件21的中心的导电部分。第二隔绝部分234是由绝缘材料形成的沟槽或绝缘墙(未图示)。第一移动件21、第二移动件23、至少一个第一弹簧22、至少一个第二弹簧M以及至少一个支撑座25可用于感测物理位移，例如加速度和角速度，并且上述组件的装配总成在本发明中被称为感测元件四。感测元件四的至少一个支撑座25利用例如银胶的导电粘合材料观与基板26的多个金属粘合区261粘合。此外，至少一个支撑座25的外导电部分2521与至少一个支撑座25的内导电部分2522可通过例如晶片间金属粘合工艺的晶片间粘合工艺而分别连接至不同的金属粘合区261。电通路是如图2B中所示的箭头a’和b’。由第一移动件21产生的电信号经过至少一个第一弹簧22的第一导电部分221、第二移动件23的第一导电部分231以及至少一个第二弹簧M的第一导电部分对1，然后到达至少一个支撑座25的第一导电部分251。由于第一导电通柱255仅连接至至少一个支撑座25的外导电部分2521，因此第一移动件21的电信号会从至少一个支撑座25的外导电部分2521被传送至基板沈上的导电线路(未图示)。第一移动件21的电信号通过第一移动件21的第二导电部分212以及至少一个第一弹簧22的第二导电部分222被传送，然后到达第二移动件23的内导电部分2322，并且被第二移动件23的第二隔绝部分234阻断，这样第一移动件21的电信号无法被进一步传送。 但是，由第二移动件23产生的电信号可从第二移动件23的外导电部分2321，通过至少一个第二弹簧M的第二导电部分242和至少一个支撑座25的内导电部分2522，被传送至基板 26上的另一个导电线路(未图示)。因此，第一移动件21的电信号和第二移动件23的电信号通过隔绝的电通路被传送，所述隔绝的电通路由箭头a’和b’表示，所述隔绝的电通路未互相电连接。图3A至图3H为本发明实施例的整合装置的制造步骤的示意图。如图3A所示，提供SOI晶片3a。所述SOI晶片3a包括依序堆叠的组件层3d、绝缘层3c以及处理层北。参见图3B，对组件层3d的大部分区域进行蚀刻以形成凹部37，所述凹部37被环状凸部35围绕。之后，如图3C所示，对环状凸部35’进行蚀刻以形成第一沟槽354，并且对凹部37进行蚀刻以形成第二沟槽334。第一沟槽3M及第二沟槽334延伸至绝缘层3c。第一沟槽3M 设置在环状凸部35’中，使得环状凸部35’被所述第一沟槽3M分为外导电部分3521和内导电部分3522。第一沟槽3M及第二沟槽334可被填充电绝缘材料以形成绝缘墙。注意设置第一沟槽354的部分将成为后续步骤中的至少一个支撑座35 (图3H)。参见图3D，利用例如银胶的导电粘合材料将环状凸部35’与基板36的多个金属粘合区361粘合。基板36可以是表面具有金属线路的玻璃基板或硅基板。基板36还可以是表面具有金属线路的电路芯片。本实施例可通过晶片间金属粘合工艺，使用导电粘合材料将环状凸部35’与基板36的金属粘合区361粘合来实现，并且容易实现批量生产。随后， 如图3E所示，处理层北被去薄以用于后续步骤。如图3F所示，对与外导电部分3521相对应的去薄的处理层北进行蚀刻以形成多个第一孔356。对与第二沟槽334之间的中心相对应的去薄的处理层北的区域进行蚀刻以形成至少一个第二孔315。可对与第二沟槽334相对应的处理层北的区域进行蚀刻以形成多个第三孔336。第一孔356、第二孔315以及第三孔336贯穿绝缘层3c并延伸至组件层 3d。在这个实施例中，第一孔356设置在去薄的处理层北的外围，并且设置第一孔356的部分将在后续步骤中成为至少一个支撑座35 (图3H)。至少一个第二孔315大体上设置在去薄的处理层北的中心，并且设置至少一个第二孔315的部分将在后续步骤中成为至少一个第一移动件31 (图3H)。第三孔336设置在第一孔356和至少一个第二孔315之间，并且设置第三孔336的部分将在后续步骤中成为第二移动件33 (图3H)。如图3G所示，多个第一孔356、至少一个第二孔315以及多个第三孔336被填充例如铜或铝的导电材料，以形成多个第一导电通柱357、至少一个第二导电通柱314以及至少一个第三导电通柱335。如图3H所示，对与凹部37相对应的绝缘层3c和处理层北进行蚀刻以形成至少一个第一弹簧32、至少一个第二弹簧34、至少一个第一移动件31、至少一个第二移动件33。 通过对与环状凸部35’相对应的组件层3d、绝缘层3c以及处理层北进行蚀刻来形成至少一个支撑座25。由此获得具有电绝缘结构的MEMS装置30。图4图示本发明实施例的具有电绝缘结构的MEMS装置的截面图。MEMS装置40包括感测元件四(如图2B所示)和集成电路芯片(IC芯片)46。本实施例的IC芯片46包括硅基板460、多个金属粘合区461以及多个电路区462。多个金属粘合区461设置在IC芯片46的顶面并且电连接至电路区462。当感测元件四与IC芯片46通过使用金属粘合材料的晶片间粘合工艺粘合在一起时，每一个支撑座25的外导电区2521和每一个支撑座25 的内导电区2522分别连接至彼此隔开的不同的金属粘合区461。每一个金属粘合区461通过至少一个金属柱463，分别与至少一个导电线路464电相连，并且所述导电线路464与电路区462电连接。第一移动件21的电信号与第二移动件23的电信号通过不同的金属粘合区461、不同的金属柱463以及不同的导电线路464，被分别传送至电路区462。图5图示本发明实施例的具有电绝缘结构的MEMS装置的截面图。与图4中的MEMS 装置40相比，本实施例的MEMS装置50包括可以是玻璃基板的基板560，多个金属粘合区 561、多个导电线路564以及多个导电粘合焊垫565。多个金属粘合区561、多个导电线路 564以及多个导电粘合焊垫565设置在玻璃基板560的表面上。感测元件四利用导电粘合材料观与多个金属粘合区561粘合。多个金属线fe分别与多个导电粘合焊垫565粘合， 由此第一移动件21与第二移动件23的电信号可通过不同的且是隔绝的电通路被传送至外部。图6为本发明实施例的具有电绝缘结构的MEMS装置的截面图。与图4中的MEMS 装置40相比，本实施例的MEMS装置60的感测元件69的第二沟槽634设置在第一移动件 61的第二导电部分612的外围，而非设置在第二移动件63的第二导电部分632上。由于第一移动件61的电信号被第二沟槽634隔绝，因此第一移动件61的电信号无法被传送至第二移动件63的第二导电部分632。因此，第二移动件63的电信号可通过第二移动件63的第二导电部分632、至少一个第二弹簧M的第二导电部分对2、以及至少一个支撑座25的内导电部分2522被独立地传送至外部。注意到设置在至少一个支撑座25的第二导电部分 252中的第一沟槽654也可被填充绝缘材料以形成绝缘墙(未图示)。图7为本发明实施例的具有电绝缘结构的MEMS装置的截面图。与图6中的MEMS 装置60相比，本实施例的MEMS装置70包括第二沟槽，所述第二沟槽被填充电绝缘材料以在感测元件69’的第一移动件61’的第二导电部分中形成绝缘墙615。注意到设置在支撑座 25的第二导电部分252中的第一沟槽7M也可被填充绝缘材料以形成绝缘墙(未图示)。图8为本发明实施例的具有电绝缘结构的MEMS装置的截面图。本实施例的MEMS 装置80的第二移动件23’的第二沟槽也被填充电绝缘材料以在第二移动件23’的第二导电部分中形成绝缘墙834。至少一个支撑座25’的第一沟槽也被填充电绝缘材料以在至少一个支撑座25’的第二导电部分中形成绝缘墙856。图9为本发明实施例的具有电绝缘结构的MEMS装置的截面图。MEMS装置90包括基板46、第一移动件91、至少一个第一弹簧22以及至少一个支撑座25’。至少一个第一弹簧22连接至第一移动件91和至少一个支撑座25’。第一移动件91的第一导电部分911 和第二导电部分912分别具有上部电通路和下部电通路，其中所述上部电通路和所述下部电通路电绝缘。来自第一移动件91的第一导电部分911的电信号可通过至少一个第一弹簧22的第一导电部分221、至少一个支撑座25’的第一导电部分251、第一导电通柱255以及至少一个支撑座25’的外侧导电部分2521被独立地传送至外部。来自第一移动件91的第二导电部分912的电信号可通过至少一个第一弹簧22的第二导电部分222以及至少一个支撑座25’的内导电部分2522被独立地传送至外部。图IOA为本发明实施例的具有电绝缘结构的MEMS装置的俯视图。图IOB为沿图IOA中线的3-3截取的截面图。MEMS装置100包括基板126、第一移动件121、第二移动件123、至少一个第一弹簧122、至少一个第二弹簧124、至少一个支撑座125以及绝缘层 (1213U223U233U243U253)。本实施例的制造步骤与前一个实施例的制造步骤相同。第一移动件121、第二移动件123、至少一个第一弹簧122的每一个、至少一个第二弹簧IM的每一个以及至少一个支撑座125的每一个由SOI (绝缘衬底上硅)晶片形成。所述绝缘层 (1213、1223、1233、1243、125 分别设置在第一移动件121、至少一个第一弹簧122、第二移动件123、至少一个第二弹簧124以及至少一个支撑座125中。第一移动件121被绝缘层 1213分为第一导电部分1211和第二导电部分1212。第二移动件123被绝缘层1233分为第一导电部分1231和第二导电部分1232。至少一个支撑座125被绝缘层1253分为第一导电部分1251和第二导电部分1252。至少一个第一弹簧122被绝缘层1223分为第一导电部分1221和第二导电部分1222。至少一个第二弹簧1 被绝缘层1243分为第一导电部分 1241和第二导电部分1242。至少一个第一弹簧122连接至第一移动件121和第二移动件123。至少一个第二弹簧IM连接至第二移动件123和至少一个支撑座125。至少一个支撑座125的每一个分别设置在第二移动件123的开口 1235中，并且所述至少一个支撑座125的每一个固定在基板1 上。至少一个支撑座125包括至少一个第一隔绝部分12M和至少一个第一导电通柱 1255。至少一个第一隔绝部分12M设置在至少一个支撑座125的第二导电部分1252中， 这样至少一个支撑座125的第二导电部分1252被至少一个第一隔绝部分12M分为外导电部分12521和内导电部分12522。所述内导电部分12522被定义为较接近第一移动件121 的中心的导电部分。至少一个第一导电通柱1255贯穿绝缘层1253，并且所述至少一个第一导电通柱1255与至少一个支撑座125的外导电部分12521和第一导电部分1251连接。至少一个第一隔绝部分12M可以是条形沟槽或U形沟槽。所述至少一个第一隔绝部分12M 也可以是填充了绝缘材料以形成设置在外导电部分12521和内导电部分12522之间的绝缘墙的条形沟槽或U形沟槽。与图2A和图2B的实施例相比，本实施例包括设置在第二移动件123的开口 1235内的至少一个支撑座125，以及与开口 1235的内壁和至少一个支撑座 125连接的至少一个第二弹簧124。第一移动件121包括连接至第一移动件121的第一导电部分1211和第一移动件 121的第二导电部分1212的第二导电通柱1214。也就是说，第二导电通柱1214贯穿在第一移动件121的第一导电部分1211和第一移动件121的第二导电部分1212中间的绝缘层 1213，使得第一移动件121的第一导电部分1211和第一移动件121的第二导电部分1212 电连接。因此，第一移动件121的第一导电部分1211和第一移动件121的第二导电部分1212均可起到例如陀螺仪或加速度计的惯性传感器的质量块的作用。第二移动件123包括至少一个第二隔绝部分1234。所述至少一个第二隔绝部分1234设置在第二移动件123的第二导电部分1232中，这样第二移动件123的第二导电部分1232被至少一个第二隔绝部分1234分为第二移动件的外导电部分12321和第二移动件的内导电部分12322。感测元件129的至少一个支撑座125的每一个利用例如银胶的导电粘合材料1 与基板126的金属粘合区1261粘合。至少一个支撑座125的外导电部分12521和至少一个支撑座125的内导电部分12522电绝缘，并且分别连接至分隔开的和不同的金属粘合区 U61。图IlA为本发明一个实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的俯视图。图IlB是沿图IlA中的线4-4截取的截面图。微机电装置110包括基板^a、第一移动件21a、第二移动件23a、至少一个第一弹簧22a、至少一个第二弹簧Ma、至少一个支撑座25a以及绝缘层 Ul3a、223a、233a、243a、253a)。绝缘层Ql3a、223a、233a、M3a、253a)分别设置在第一移动件21a、至少一个第一弹簧22a、第二移动件23a、至少一个第二弹簧Ma以及至少一个支撑座25a中。第一移动件21a被绝缘层213a分为第一导电部分211a和第二导电部分21加。第二移动件23a被绝缘层233a分为第一导电部分231a和第二导电部分23加。至少一个支撑座2 被绝缘层 253a分为第一导电部分251a和第二导电部分25加。至少一个第一弹簧2 被绝缘层223a 分为第一导电部分221a和第二导电部分22加。至少一个第二弹簧2 被绝缘层分为第一导电部分Mla和第二导电部分对加。至少一个第一弹簧2 连接至第一移动件21a和第二移动件23a。至少一个第二弹簧2 连接至第二移动件23a和至少一个支撑座25a。至少一个支撑座25a的每一个设置在第二移动件23a的中央开口 236a中，并且固定在基板26a上。第二移动件23a设置在第一移动件21a的开口 216a内。也就是说，第一移动件21a围绕第二移动件23a。至少一个支撑座2 包括至少一个第一隔绝部分25 和至少一个第一导电通柱25^1。至少一个第一隔绝部分25 设置在至少一个支撑座25a的第二导电部分25 中，这样至少一个支撑座25a的第二导电部分25 被至少一个第一隔绝部分25 分为至少一个支撑座25a的外导电部分2521a和至少一个支撑座25a的内导电部分2522a。至少一个支撑座25a的内导电部分252 被定义为较接近中央开口 236a的中心的导电部分。至少一个第一导电通柱25 贯穿绝缘层253a，并连接至至少一个支撑座2 的内导电部分252 和至少一个支撑座25a的第一导电部分251a。至少一个第一隔绝部分25 设置在至少一个支撑座2 的外导电部分2521a和至少一个支撑座25a的内导电部分252 之间。至少一个第一隔绝部分25 可以是条形沟槽或U形沟槽，或者所述至少一个第一隔绝部分25 可以是填充了绝缘材料以形成设置在至少一个支撑座25a的外导电部分2521a和至少一个支撑座2 的内导电部分252 之间的条形绝缘墙或U形绝缘墙。第一移动件21a包括连接至第一移动件21a的第一导电部分211a和第一移动件 21a的第二导电部分21 的至少一个第二导电通柱2Ha。也就是说，所述至少一个第二导电通柱21 贯穿设置在第一移动件21a的第一导电部分211a和第一移动件21a的第二导电部分21 中间的绝缘层213a，而使得第一导电部分211a和第二导电部分21 电连接。 因此，第一移动件21a的第一导电部分211a和第一移动件21a的第二导电部分21 均可起到例如陀螺仪或加速度计的惯性传感器的质量块的作用。第二移动件23a包括至少一个第二隔绝部分23如。所述至少一个第二隔绝部分23 设置在第二移动件23a的第二导电部分23 中，这样第二移动件23a的第二导电部分23 被至少一个第二隔绝部分23 分为第二移动件23a的外导电部分2321a和第二移动件23a的内导电部分2322a。感测元件 29a的至少一个支撑座2 通过例如银胶的导电粘合材料28a与基板^a的多个金属粘合区^la粘合。至少一个支撑座25a的外导电部分2521a和至少一个支撑座25a的内导电部分2522a电绝缘，并且分别连接至分隔开的和不同的金属粘合区^la。图12A为本发明一个实施例的具有绝缘结构的MEMS装置的俯视图。图12B为沿图 12A中的线5-5截取的截面图。MEMS装置120包括基板^b、两个第一移动件2lb、两个第二移动件23b、至少一个第一弹簧22b、至少一个第二弹簧Mb、支撑座25b以及绝缘层013b、 223b,233b,243b,253b)。第一移动件21b、第二移动件23b、至少一个第一弹簧22b的每一个、至少一个第二弹簧Mb的每一个以及支撑座25b由SOI (绝缘衬底上硅)晶片形成。绝缘层Ql3b、223b、233b、M3b、253b)分别设置在第一移动件21b、至少一个第一弹簧22b、第二移动件23b、至少一个第二弹簧Mb以及支撑座25b中。第一移动件21b被绝缘层21 分为第一导电部分211b和第二导电部分212b。第二移动件2 被绝缘层23 分为第一导电部分231b和第二导电部分232b。支撑座2 被绝缘层25 分为第一导电部分251b和第二导电部分252b。至少一个第一弹簧22b被绝缘层22 分为第一导电部分 221b和第二导电部分222b。至少一个第二弹簧24b被绝缘层对北分为第一导电部分Mlb 和第二导电部分242b。至少一个第一弹簧22b连接至第一移动件21b和第二移动件23b。至少一个第二弹簧24b连接至第二移动件2 和支撑座25b。支撑座2 设置在两个第二移动件23b的之间，并且固定在基板26b上。本实施例的MEMS装置120包括两个感测元件^b，所述两个感测元件29b共享同一个支撑座25b。支撑座2 包括至少一个第一隔绝部分254b和至少一个第一导电通柱25 。至少一个第一隔绝部分254b设置在支撑座25b的第二导电部分252b中，这样支撑座25b的第二导电部分252b被至少一个第一隔绝部分254b分为支撑座25b的外导电部分2521b和支撑座25b的内导电部分2522b。所述外导电部分被定义为与至少一个第二弹簧24b连接的导电部分。至少一个第一导电通柱25 贯穿绝缘层25北， 并连接至支撑座2 的内导电部分2522b和支撑座2 的第一导电部分251b。至少一个第一隔绝部分254b设置在支撑座2 的外导电部分2521b和支撑座2 的内导电部分2522b 之间。至少一个第一隔绝部分254b可以是U形沟槽，或者所述至少一个第一隔绝部分254b 可以是填充了绝缘材料以形成设置在支撑座25b的外导电部分2521b和支撑座2 的内导电部分2522b之间的U形绝缘墙的。支撑座25b的外导电部分2521b和支撑座25b的内导电部分2522b彼此电绝缘，并且通过例如银胶的导电粘合材料^b与基板^b的不同的金属粘合区^lb粘合。第一移动件21b包括连接至第一移动件21b的第一导电部分211b和第一移动件21b的第二导电部分212b的至少一个第二导电通柱214b。也就是说，至少一个第二导电通柱214b贯穿位于第一移动件21b的第一导电部分211b和第一移动件21b的第二导电部分212b中间的绝缘层213b，而使得第一移动件21b的第一导电部分211b和第一移动件21b的第二导电部分212b电连接。因此第一移动件21b的第一导电部分211b和第一移动件21b的第二导电部分212b均可起到例如陀螺仪或加速度计的惯性传感器的质量块的作用。每一个第二移动件2 包括至少一个第二隔绝部分234b。所述至少一个第二隔绝部分234b设置在第二移动件23b的第二导电部分232b中，这样第二移动件23b的第二导电部分232b被至少一个第二隔绝部分234b分为外导电部分2321b和内导电部分2322b。支撑座25的外导电部分2521b和支撑座25的内导电部分2522b可通过例如银胶的导电粘合材料28b分别连接至不同的金属粘合区^lb。虽然本发明及其目的已详细描述，但是应理解，在不背离后附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可作出各种改变、替换以及变形。例如，上面讨论的许多工艺过程可通过使用不同的方法，由其他方法或它们的组合代替来实现。此外，并不意欲将本申请的范围限制在说明书中描述的工艺、制造、工具、方法和步骤的特定实施例中。本领域普通技术人员将从本发明公开的内容轻易地了解，可根据本发明来使用现存的或以后将被发展的工艺、制造、工具、方法和步骤，其执行与在此描述的实施例相对应的大体上相同的功能，或实现与在此描述的实施例相对应的大体上相同的效果。因此，后附的权利要求书将包括这些工艺、制造、工具、方法和步骤的范围。
权利要求
1.一种微机电系统装置，包括至少一个移动件；至少一个支撑座；至少一个弹簧，连接至所述至少一个支撑座和所述至少一个移动件；以及绝缘层，设置在所述至少一个移动件和所述至少一个支撑座中，其中所述至少一个移动件的每一个被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，并且所述至少一个支撑座被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分。
2.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中所述至少一个支撑座包括隔绝部分和至少一个导电通柱，所述隔绝部分设置在所述至少一个支撑座的第一导电部分中或设置在所述至少一个支撑座的第二导电部分中，这样所述至少一个支撑座的第一导电部分或所述至少一个支撑座的第二导电部分被所述隔绝部分分为所述至少一个支撑座的外导电部分和所述至少一个支撑座的内导电部分，所述至少一个导电通柱连接至所述至少一个支撑座的外导电部分，以及连接至未被所述隔绝部分分开的所述至少一个支撑座的第一导电部分或所述至少一个支撑座的第二导电部分。
3.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中所述绝缘层还设置在至少一个弹簧中，从而所述至少一个弹簧被分成第一导电部分和第二导电部分。
4.根据权利要求1所述的微机电系统装置，其中所述至少一个移动件还包括至少一个导电通柱，所述至少一个导电通柱连接至所述至少一个移动件的第一导电部分和所述至少一个移动件的第二导电部分。
5.一种微机电系统装置，包括基板，具有设置在所述基板的上表面上的多个金属粘合区；至少一个移动件；至少一个支撑座，固定在所述基板上；至少一个弹簧；以及绝缘层，设置在所述至少一个移动件、所述至少一个支撑座以及所述至少一个弹簧中， 其中所述至少一个移动件被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，所述至少一个支撑座被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，以及所述至少一个弹簧被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，其中所述至少一个支撑座包括至少一个第一隔绝部分和至少一个导电通柱，所述至少一个支撑座的第二导电部分被所述至少一个第一隔绝部分分为外导电部分和内导电部分， 所述至少一个导电通柱连接至所述至少一个支撑座的外导电部分和所述至少一个支撑座的第一导电部分，并且所述至少一个支撑座的外导电部分和所述至少一个支撑座的内导电部分分别固定在相互分隔的所述金属粘合区上；其中所述至少一个弹簧的第一导电部分连接至所述至少一个支撑座的第一导电部分；其中所述至少一个弹簧的第二导电部分连接至所述至少一个支撑座的内导电部分。
6.根据权利要求5所述的微机电系统装置，其中所述至少一个移动件包括第一移动件和第二移动件。
7.根据权利要求6所述的微机电系统装置，其中所述第一移动件具有至少一个第二隔绝部分，因此所述第一移动件的第二导电部分被所述至少一个第二隔绝部分分为外导电部分和内导电部分。
8.根据权利要求7所述的微机电系统装置，其中所述第一移动件的外导电部分通过所述至少一个弹簧的第二导电部分连接至所述第二移动件的第二导电部分，并且所述第一移动件的第一导电部分通过所述至少一个弹簧的第一导电部分连接至所述第二移动件的第一导电部分。
9.根据权利要求6所述的微机电装置，其中所述第二移动件具有至少一个第二隔绝部分，并且所述第二移动件的第二导电部分被所述至少一个第二隔绝部分分为外导电部分和内导电部分。
10.根据权利要求9所述的微机电系统装置，其中所述第二移动件的内导电部分通过所述至少一个弹簧的第二导电部分连接至所述第一移动件的第二导电部分，并且所述第二移动件的第一导电部分通过所述至少一个弹簧的第一导电部分连接至所述第一移动件的第一导电部分。
11.根据权利要求6所述的微机电系统装置，其中所述第一移动件具有至少一个导电通柱，所述至少一个导电通柱连接至所述第一移动件的第一导电部分和所述第一移动件的第二导电部分。
12.根据权利要求6所述的微机电系统装置，其中所述第二移动件具有至少一个导电通柱，所述至少一个导电通柱连接至所述第二移动件的第一导电部分和所述第二移动件的第二导电部分。
13.根据权利要求6所述的微机电系统装置，其中所述第二移动件是设置成围绕所述第一移动件的框架。
14.根据权利要求7所述的微机电系统装置，其中所述第一移动件的至少一个第二隔绝部分是沟槽或由电绝缘材料形成的绝缘墙。
15.根据权利要求9所述的微机电系统装置，其中所述第二移动件的至少一个第二隔绝部分是沟槽或由电绝缘材料形成的绝缘墙。
16.一种微机电系统装置，包括基板，包括设置在所述基板的上表面上的多个金属粘合区；至少一个第一移动件；至少一个第二移动件；至少一个支撑座；至少一个第一弹簧；至少一个第二弹簧；以及绝缘层，设置在所述至少一个第一移动件、所述至少一个第二移动件、所述至少一个支撑座、所述至少一个第一弹簧以及所述至少一个第二弹簧中，其中所述至少一个第一移动件被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，所述至少一个第二移动件被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，所述至少一个支撑座被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，所述至少一个第一弹簧被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分，以及所述至少一个第二弹簧被所述绝缘层分为第一导电部分和第二导电部分；其中所述至少一个第一弹簧的第一导电部分连接至所述至少一个第一移动件的第一导电部分和所述至少一个第二移动件的第一导电部分，并且所述至少一个第二弹簧的第一导电部分连接至所述至少一个第二移动件的第一导电部分和所述至少一个支撑座的第一导电部分；其中所述至少一个第一移动件包括至少一个导电通柱，所述至少一个导电通柱连接至所述至少一个第一移动件的第一导电部分和所述至少一个第一移动件的第二导电部分；其中所述至少一个支撑座包括至少一个第一隔绝部分和至少一个导电通柱，所述至少一个支撑座的第二导电部分被所述至少一个第一隔绝部分分为外导电部分和内导电部分， 所述至少一个导电通柱连接至所述至少一个支撑座的外导电部分和所述至少一个支撑座的第一导电部分，并且所述至少一个支撑座的外导电部分和内导电部分分别固定在相互分隔的多个金属粘合区上；其中所述至少一个第二移动件具有第二隔绝部分，所述至少一个第二移动件的第二导电部分被所述第二隔绝部分分为外导电部分和内导电部分；其中所述至少一个第一弹簧的第二导电部分连接至所述至少一个第一移动件的第二导电部分和所述至少一个第二移动件的内导电部分；以及其中所述至少一个第二弹簧的第二导电部分连接至所述至少一个第二移动件的外导电部分和所述至少一个支撑座的内导电部分。
17.根据权利要求16所述的微机电系统装置，其中所述至少一个支撑座的第一隔绝部分是沟槽或由电绝缘材料形成的绝缘墙，并且所述至少一个第二移动件的第二隔绝部分是沟槽或由电绝缘材料形成的绝缘墙。
18.根据权利要求16所述的微机电系统装置，其中所述至少一个第二移动件是设置成围绕所述至少一个第一移动件的框架。
19.一种微机电系统装置的制造方法，包括提供绝缘衬底上硅晶片，其中所述绝缘衬底上硅晶片包括组件层、绝缘层以及处理层；蚀刻所述组件层以形成凹部和围绕所述凹部的至少一个环状凸部； 在所述环状凸部上蚀刻出至少一个第一沟槽，以及在所述凹部上蚀刻出第二沟槽，其中所述至少一个第一沟槽和所述第二沟槽贯穿所述绝缘层； 将所述环状凸部与基板粘合； 将所述处理层去薄；在所述处理层的与所述至少一个第一沟槽相对应的部分上蚀刻出多个第一孔，并且在所述处理层的与所述凹部的中间区域相对应的部分上蚀刻出至少一个第二孔，其中所述多个第一孔和所述至少一个第二孔贯穿所述绝缘层直至所述组件层； 给所述多个第一孔和所述至少一个第二孔填充导电材料；以及蚀刻所述组件层、所述绝缘层以及所述处理层以形成至少一个第一移动件、至少一个第二移动件、至少一个支撑座、连接至所述第一移动件和所述第二移动件的多个第一弹簧、 以及连接至所述第二移动件和所述至少一个支撑座的多个第二弹簧，其中所述至少一个第一移动件包括填充有导电材料的至少一个第二孔，并且所述至少一个支撑座包括所述至少一个第一沟槽和填充有导电材料的第一孔。
20.根据权利要求19所述的制造方法，进一步包括给所述第一沟槽和所述第二沟槽填充电绝缘材料以形成绝缘墙的步骤。
21.根据权利要求19所述的制造方法，其中所述第二沟槽设置在所述第二移动件上。
22.根据权利要求19所述的制造方法，其中所述第二沟槽设置在所述第一移动件上， 并且所述第二沟槽设置成环绕所述第二孔的外围。
23.根据权利要求19所述的制造方法，其中所述基板具有多个金属粘合区，并且所述至少一个支撑座的外导电部分和内导电部分分别固定在相互分隔的多个金属粘合区上。
全文摘要
本发明涉及一种具有电绝缘结构的微机电系统(MEMS)装置，所述微机电系统装置包括至少一个移动件、至少一个支撑座、至少一个弹簧以及绝缘层。所述弹簧连接至所述支撑座和所述移动件。所述绝缘层设置在所述移动件和所述支撑座中。所述移动件和所述支撑座的每一个被所述绝缘层分为两个导电部分。由此，不同移动件的电信号通过未互相电连接的绝缘的电通路被传送。
文档编号B81B7/02GK102530825SQ201110359900
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年12月23日
发明者林式庭, 许郁文, 陈振颐, 黄肇达 申请人:财团法人工业技术研究院